ИЗГОТОВЛЕНИЕ 3D ПОРИСТЫХ ФОТОКАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ TIO₂ И CO₃O₄ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОРОДА

Титанат кобальта (CoTiO₃) является одним из многообещающих кандидатов для фотокаталитического окисления воды в видимом свете. В данном исследовании формирование многослойных трехмерных пористых структур осуществлялось путем смешивания нанопорошков Co₃O₄ и TiO₂ с добавлением порообразующих агентов и последующим спеканием. Различные размеры кристаллитов пористого CoTiO₃ были получены путем варьирования температуры спекания. Изготовленный трехмерный пористый CoTiO₃ охарактеризовали с помощью рентгеноструктурный анализ, СЭМ, БЭТ, измерения эффективности. Размер кристаллитов увеличивается с повышением температуры спекания в диапазоне 600–800 °C. Фотокаталитическая активность трехмерного пористого CoTiO₃ была изучена путем измерения скорости выделения H₂ при расщеплении в 0,5 М водном растворе электролита KOH при облучении ксеноновой лампой 300 мВт/см².

1. Saxena RC, Seal D, Kumar S, Goyal HB. Thermo-chemical routes for hydrogen rich gas from biomass: a review. Renew Sustain Energy Rev – 2008. – № 12. – p.1909-1927.

2. Rapagna S, Jand N, Foscolo PU. Catalytic gasification of biomass to produce hydrogen rich gas. Int J Hydrogen Energy – 1998. – V.23(7). – p.551-557.

3. Iwasaki W. A consideration of the economic efficiency of hydrogen production from biomass. Int J Hydrogen Energy – 2003. – V.28(9). – p.939- 944.

4. Zou Z, Ye J, Sayama K, Arakawa H. Photocatalytic hydrogen and oxygen formation under visible light irradiation with Mi doped InTaO4 (M ¼ Mn, Fe, Co, Ni and Cu) photocatalysts. J Photochem Photobiol A Chem. – 2002. –V.148(1) – p.65-69.

5. W. Adamson, X. Bo, Y. Li, B.H.R. Suryanto, X. Chen, C. Zhao, Co-Fe binary metal oxide electrocatalyst with synergistic interface structures for efficient overall water splitting, Catal. Today. - 2019. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.01.060.

6. F. He, Z. Wang, Y. Li, S. Peng, B. Liu, The nonmetal modulation of composition and morphology of gC3N4-based photocatalysts, Appl. Catal. B Environ. – 2020. – https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118828.

7. M. Yang, T. Feng, Y. Chen, J. Liu, X. Zhao, B. Yang, Synchronously integration of Co, Fe dual-metal doping in Ru@C and CDs for boosted water splitting performances in alkaline media, Appl. Catal. B Environ. – 2020. – https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118657.

8. E.L. Tsege, T.Sh. Atabaev, Md.A. Hossain, D. Lee, H.-K. Kim, Y.-H. Hwang, Cu-doped flower-like hematite nanostructures for efficient water splitting applications, J. Phys. Chem. Solids. – 2016 – p.283-289.

9. T. Liu, M. Li, X. Bo, M. Zhou, Designing transition metal alloy nanoparticles embedded hierarchically porous carbon nanosheets as high-efficiency electrocatalysts toward full water splitting, J. Colloid Interface Sci. – 2019. – V.537 – p.280–294.

10. A. Majeed, X. Li, P.-X. Hou, H. Tabassum, L. Zhang, C. Liu, H.-M. Cheng, Monolayer carbonencapsulated Mo-doped Ni nanoparticles anchored on single-wall carbon nanotube film for total water splitting, Appl. Catal. B Environ. 2020 – V.269 – p.118823.

11. L. Yang, H. Li, Y. Yu, Y. Wu, L. Zhang, Assembled 3D MOF on 2D Nanosheets for Self-boosting Catalytic Synthesis of N-doped Carbon Nanotube Encapsulated Metallic Co Electrocatalysts for Overall Water Splitting, Appl. Catal. B Environ. – 2020. – V.271 –p.118939.

12. C. Yu, K. Yang, W. Zhou, Q. Fan, L. Wei, J.C. Yu, Preparation, characterization and photocatalytic performance of noble metals (Ag, Pd, Pt, Rh) deposited on sponge-like ZnO microcuboids, J. Phys. Chem. Solids. –2013. – V.74 – p.1714–1720.

13. M. Solakidou, A. Giannakas, Y. Georgiou, N. Boukos, M. Louloudi, Y. Deligiannakis, Efficient photocatalytic water-splitting performance by ternary CdS/Pt-N-TiO2 and CdS/Pt-N,F-TiO2: Interplay between CdS photo corrosion and TiO2-dopping, Appl. Catal. B Environ. – 2019. – V.254 194–205.

14. R.V. Digraskar, S.M. Mali, S.B. Tayade, A.V. Ghule, B.R. Sathe, Overall noble metal free Ni and Fe doped Cu2ZnSnS4 (CZTS) bifunctional electrocatalytic systems for enhanced water splitting reactions, Int. J. Hydrog. Energy. -2019. - V.44 – p.8144–8155.

15. D. Li, Z. Liu, J. Wang, B. Liu, Y. Qin, W. Yang, J. Liu, Hierarchical trimetallic sulfide FeCo2S4–NiCo2S4 nanosheet arrays supported on a Ti mesh: An efficient 3D bifunctional electrocatalyst for full water splitting, Electrochimica Acta. – 2020. –V.340 – p.135957.

16. Abe R, Higashi M, Sayama K, Abe Y, Sugihara H. Development of new photocatalytic water splitting into H2 and O2 using two different semiconductor photocatalysts and a shuttle redox mediator IO3 /I_. J Phys Chem B – 2005. – V.109. – p.16052 - 16061.

17. T. Montini, et al., Materials Science in Semiconductor Processing – 2015. – http://dx.doi.org/10.1016/j.mssp.2015.06.069

18. T. Acharya, R.N.P. Choudhary, J. Alloy. Compd. – 2019 –V.788 – p.495–505.

19. Q. Wang, Q. Guo, L. Wang, B. Li, Dalton Trans. – 2016. – V.45 (44) – p.17748–17758

20. J. Tauc, R. Grigorovici, A. Vancu, phys. status solidi – 1966 – https://doi.org/10.1002/pssb.19660150224.

21. A. Kudo, A. Tanaka, K. Domen, T. Onishi, The effects of the calcination temperature of SrTiO3 powder on photocatalytic activities, J. Catal. – 1988. – V.111 – p.296–301.